山东省历城二中2024-2025学年高二下学期3月联考物理试题（原卷版+解析版）

这是一份山东省历城二中2024-2025学年高二下学期3月联考物理试题（原卷版+解析版），共25页。试卷主要包含了 东方超环等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并收回。
4.本试卷考试时间为90分钟，满分为100分。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 粒子即氦原子核，质量为质子质量的4倍，带电荷量为的2倍，质子和粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动。则质子的动量和粒子的动量之比为（ ）
A. 1:2B. 1:1C. 2:1D. 1:4
2. 如图所示，斜面倾角为，磁场方向垂直于斜面向上，通电导体棒垂直于导轨搁置，导轨间距为，磁场的磁感应强度大小为，电流为，此时导体棒静止，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A. 棒所受安培力方向水平向右B. 棒所受安培力方向不一定垂直于棒
C. 棒的质量D. 棒的质量
3. 如图所示是回旋加速器的示意图，其主体部分是两个D形盒，两盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速。下列说法正确的是（ ）
A. D形盒可采用透明塑料盒以增加其可观赏性
B. 选择的交流电源频率与所要加速的粒子无关
C. 增大高频交流电压会增大粒子射出时的动能
D. 增大磁场磁感应强度会增大粒子射出时的动能
4. 如图所示，顶角为的直角三角形导线框通以恒定电流，线框平面平行于磁场方向放置，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向平行于边向右，已知边长为，线框中电流大小为，方向沿顺时针，则下列说法正确的是（ ）
A. 边所受安培力大小为
B. 边所受安培力大小为
C. 边所受安培力方向在纸面内垂直于边指向右上方
D. 磁场穿过闭合线框的磁通量为
5. 如图所示，是自感系数很大的线圈，电阻为，A、B和C是三只相同的小灯泡，电阻也为，用导线通过开关S与直流电源相连。下列判断正确的是（ ）
A. 闭合S瞬间，C灯最先亮，A、B灯缓慢逐渐亮
B 闭合S一段时间后，C灯最亮，A、B灯一样亮
C. 断开S瞬间，A灯闪亮一下后再熄灭
D. 断开S瞬间前后，流过A灯电流方向相反
6. 东方超环（EAST）的核心部件如图所示，环形真空室外面缠绕着水平环绕线圈1和竖直环绕线圈2两组线圈（类似于通电螺线管）产生磁场，将高温等离子体（含有带正、负电的电子）约束在磁场中。则下列说法正确的是（ ）
A. 环形真空室任一位置处磁感应强度相同
B. 线圈1产生水平方向穿过线圈2的环形磁场
C. 线圈1产生的变化磁场激发出穿过线圈2的环形感应电场
D. 如果电子恰能沿环在真空室内做圆周运动，负责提供向心力的磁场是线圈2产生的
7. 如图所示，导体棒ab横放在U形金属框架上，框架固定在绝缘水平面上，整个装置处于竖直向上的磁场中，磁感应强度B随时间变化。现垂直于ab棒施加水平外力，使棒从静止开始无摩擦地运动。某时刻撤去外力并记为t=0时刻，棒保持此时刻速度继续向右匀速运动，并与金属框接触良好，回路中无感应电流。则图线可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
8. 如图所示，在xOy平面中，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直平面向外，图中虚线圆周的圆心为O、半径为R，一半径也为R的四分之一圆弧形薄挡片可以沿虚线圆周放置在圆周上不同的位置。在x轴上与圆心相距为2R的P点有一粒子源，粒子源可以沿y轴正方向发射不同速率的带正电粒子，已知粒子的质量为m、电量为q。整个装置处于真空中，不计粒子重力，忽略粒子之间的相互作用。当粒子碰到薄挡片后立即被吸收，则所有能够被薄挡片吸收的粒子中，在磁场中运动的最短时间为（ ）
A B. C. D.
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 科学技术在生产、生活中有广泛的应用，下列实例应用中利用电磁感应原理和规律的是（ ）
A. 图甲中扬声器把电流信号转换成声音信号
B. 图乙中磁电式电流表在通电时指针偏转
C. 图丙中运输电流表时用导线将正负极线柱连一起
D. 图丁中动圈式话筒把声音信号转化成电流信号
10. 如图所示，教室阳面的平开玻璃窗，窗扇的闭合金属边框为矩形，转轴竖直，钢窗的窗扇竖直边长为，水平边长为。当地的地磁场水平分量方向指向室内且垂直于窗框水平边，磁感应强度水平分量大小为。一学生在教室内将封闭的窗扇向外推开的过程用时为。下列说法正确的是（ ）
A. 向外推开过程中，地磁场通过窗扇的磁通量增大
B. 从室内向外看，窗扇边框中的感应电流沿逆时针方向
C. 从室内向外看，窗扇边框中的感应电流沿顺时针方向
D. 窗扇的平均感应电动势大小为
11. 如图所示，半径为的虚线圆形区域内、外均分布着垂直于纸面的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小相等、方向相反，一带电粒子以速率从磁场分界圆上的点处以正对虚线圆圆心方向射入，得到图中实线所示的运动轨迹。设磁场的磁感应强度大小为，粒子的比荷（）为，从点射入至首次回到点的时间为，则下列关系式正确的是（ ）
A. B. C. D.
12. 如图所示，两无限长光滑水平导轨处于竖直方向的磁场中，是磁场的分界线，右侧磁场方向竖直向上（指向纸面外），左侧磁场方向竖直向下，两侧磁场的磁感应强度大小均为，完全相同的导体棒、垂直架在两个水平导轨上。初始时，导体棒处于静止状态，现给导体棒向右的初速度，大小为。已知每个导体棒的质量均为，导轨间距为，棒始终垂直于导轨运动，与导轨接触良好。下列说法正确的是（ ）
A. 两导体棒组成的系统动量守恒
B. 稳定后两导体棒的速率均为
C. 从开始运动到刚好匀速过程中，通过导体棒的电荷量为
D. 从开始运动到刚好匀速过程中，导体棒产生的焦耳热为
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 如图所示，把一根匝数较多的柔软弹簧悬挂起来，弹簧下端和圆柱形水银槽底圆心相连。现给弹簧通入方向如图的较大恒定电流，水银槽不离开桌面。
（1）若弹簧与水银始终接触良好，通电后，弹簧相邻螺环间的距离将______（填“缩小”或“扩大”）；
（2）若弹簧的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，弹簧将______（填“水平晃动”或“上下颤动”）；
（3）若弹簧与水银始终接触良好，稳定后槽中水银的状态为：自上向下看沿______（填“逆时针”或“顺时针”）转动。
14. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，
（1）按图甲连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转，此实验操作的目的是______。
A. 测量灵敏电流表能够承受电流的最大值
B. 检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系
C. 检查灵敏电流表测量电流的大小是否准确
（2）用图乙所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线表示导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，观察到电流表指针______（填“向左”或“向右”）偏转，则螺线管中感应电流产生的磁场方向______（填“向上”或“向下”）。
（3）实验得出感应电流总是具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍____________________。
15. 电动汽车刹车时利用储能装置储蓄能量，其原理如图所示，矩形金属框部分处于匀强磁场中，磁场方向垂直金属框平面向里，磁感应强度大小为B，金属框的电阻为r，ab边长为L。刹车过程中ab边垂直切割磁感线，某时刻ab边产生的动生电动势大小为E，金属框中的电流为I。求此时刻：
（1）ab边相对磁场运动的速度大小v；
（2）储能装置两端的电压U和金属框的输出电功率P。
16. 电流天平可用来测量物体的质量。如图所示，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，磁感应强度的大小为B，方向与线圈平面垂直向里。当线圈中通入大小为的电流时，天平两臂达到平衡；在左盘中放入被秤重物体时，调整电流方向和大小，当电流反向、大小为I时才能使两臂再达到新的平衡。已知重力加速度为g。
（1）线圈中通入电流时，线圈中电流的方向是顺时针还是逆时针？
（2）求被秤重物体的质量m。
17. 在科学研究中，常通过施加适当的磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示，在−3d≤x≤d、−d≤y≤2d的区域中，存在沿y轴负方向的匀强电场，电场的周围分布着垂直纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电量为q的带正电粒子从P（0，2d）点以速度v沿y轴正方向射入磁场，从Q（−2d，2d）点第一次离开磁场进入电场，到达M点时速度增大为2v再回到磁场。不计粒子重力，近似取π=3。求：
（1）磁场的磁感应强度B的大小；
（2）电场中Q、M间的电势差U；
（3）粒子从P点开始到第二次进入电场前的运动时间。
18. 如图所示，足够长的平行金属导轨固定在水平面内，间距L=0.5m，电阻不计。与导轨左端连接的线圈面积S=0.1m2，内阻r=0.5Ω，匝数n=400匝。一根长L=0.5m，质量m=0.1kg、电阻R=2Ω的导体棒ab垂直放置在导轨上，与导轨间的动摩擦因数μ=0.4。线圈内的磁场平行于轴线向上，磁感应强度B1以的变化率随时间增大；导轨之间的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度的大小B2=1T。t=0时刻闭合开关，当t=9.0s时导体棒已达到最大速度，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）刚合上开关时，导体棒的加速度大小a；
（2）导体棒运动速度的最大值vm；
（3）0～9.0s内导体棒的位移大小x。
2025年3月高二校际联考（名校卷）
物理试题
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并收回。
4.本试卷考试时间为90分钟，满分为100分。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 粒子即氦原子核，质量为质子质量的4倍，带电荷量为的2倍，质子和粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动。则质子的动量和粒子的动量之比为（ ）
A. 1:2B. 1:1C. 2:1D. 1:4
【答案】A
【解析】
【详解】粒子磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得
可得
质子和粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动，可得
则质子的动量和粒子的动量之比为
故选A。
2. 如图所示，斜面倾角为，磁场方向垂直于斜面向上，通电导体棒垂直于导轨搁置，导轨间距为，磁场的磁感应强度大小为，电流为，此时导体棒静止，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A. 棒所受安培力方向水平向右B. 棒所受安培力方向不一定垂直于棒
C. 棒的质量D. 棒的质量
【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据左手定则知导线所受的安培力方向垂直于斜面向上，棒所受安培力方向垂直于棒，故A错误，B错误；
CD．导体棒静止，根据平衡条件有
解得棒质量
故C正确，D错误。
故选C。
3. 如图所示是回旋加速器的示意图，其主体部分是两个D形盒，两盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速。下列说法正确的是（ ）
A. D形盒可采用透明塑料盒以增加其可观赏性
B. 选择的交流电源频率与所要加速的粒子无关
C. 增大高频交流电压会增大粒子射出时的动能
D. 增大磁场的磁感应强度会增大粒子射出时的动能
【答案】D
【解析】
【详解】A．D形盒要考虑其的耐腐蚀性，机械强度，耐高温和辐射等性质，故不可以采用透明塑料盒，A错误；
B．交流电源频率必须等于被加速粒子在磁场中运动的周期，由知与所要加速的粒子有关，B错误；
C．设D形盒的半径为，由得粒子射出时的最大速度为，则粒子的最大动能为，与高频交流电压无关，C错误；
D．由C分析可知，D正确。
故选D。
4. 如图所示，顶角为的直角三角形导线框通以恒定电流，线框平面平行于磁场方向放置，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向平行于边向右，已知边长为，线框中电流大小为，方向沿顺时针，则下列说法正确的是（ ）
A. 边所受安培力大小为
B. 边所受安培力大小为
C. 边所受安培力方向纸面内垂直于边指向右上方
D. 磁场穿过闭合线框的磁通量为
【答案】B
【解析】
【详解】A．导线的ab边与磁场平行，不受安培力的作用，故A错误；
B．由几何关系可得
导线的bc边与磁场垂直，受到的安培力大小为
故B正确；
C．由左手定则可知，边所受安培力方向垂直纸面向外，故C错误；
D．线框平面平行与磁感线，磁场穿过闭合线框的磁通量为0，故D错误。
故选B。
5. 如图所示，是自感系数很大的线圈，电阻为，A、B和C是三只相同的小灯泡，电阻也为，用导线通过开关S与直流电源相连。下列判断正确的是（ ）
A. 闭合S瞬间，C灯最先亮，A、B灯缓慢逐渐亮
B. 闭合S一段时间后，C灯最亮，A、B灯一样亮
C. 断开S瞬间，A灯闪亮一下后再熄灭
D. 断开S瞬间前后，流过A灯的电流方向相反
【答案】D
【解析】
【详解】A．闭合开关S的瞬间，A、C灯同时亮，由于线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的增大，所以B灯缓慢亮，故A错误；
B．闭合开关S一段时间后，由于线圈的直流电阻为R，可知B灯支路电阻大于A灯支路电阻，则A灯电流大于B灯电流，C灯电流等于AB灯电流之和，故C灯最亮，A灯比B灯亮，故B错误；
C．断开开关S的瞬间，由于线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的减小，且与A、B灯构成回路，由于断开开关前通过线圈的电流小于A灯的电流，所以A灯不会闪亮一下熄灭，故C错误；
D．断开S瞬间前，A灯电流方向从右向左；断开瞬间，线圈产生自感电动势，自感电流从右向左通过B灯，即通过A灯电流方向从左向右，所以流过A灯的电流方向相反，故D正确。
故选D。
6. 东方超环（EAST）的核心部件如图所示，环形真空室外面缠绕着水平环绕线圈1和竖直环绕线圈2两组线圈（类似于通电螺线管）产生磁场，将高温等离子体（含有带正、负电的电子）约束在磁场中。则下列说法正确的是（ ）
A. 环形真空室任一位置处磁感应强度相同
B. 线圈1产生水平方向穿过线圈2的环形磁场
C. 线圈1产生的变化磁场激发出穿过线圈2的环形感应电场
D. 如果电子恰能沿环在真空室内做圆周运动，负责提供向心力的磁场是线圈2产生的
【答案】C
【解析】
【详解】A．由于线圈1和线圈2分别产生水平和竖直方向的磁场，故环形真空室任一位置处磁感应强度磁场方向不同，故A错误；
B．由安培定则可知，线圈1产生的磁场沿竖直方向，不会产生水平方向穿过线圈2的环形磁场，故B错误；
C．根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会激发出感应电场。如果线圈1产生的磁场随时间变化，那么它会激发出穿过线圈2的环形感应电场，故C正确；
D．线圈2在竖直平面内，由右手螺旋定则可知，其产生水平方向的环形磁场，电子沿环做圆周运动的速度方向和线圈2产生的磁场方向重合，不受该磁场的作用，线圈1产生的磁场沿竖直方向，故负责产生向心力的磁场是线圈1，故D错误。
故选C。
7. 如图所示，导体棒ab横放在U形金属框架上，框架固定在绝缘水平面上，整个装置处于竖直向上的磁场中，磁感应强度B随时间变化。现垂直于ab棒施加水平外力，使棒从静止开始无摩擦地运动。某时刻撤去外力并记为t=0时刻，棒保持此时刻速度继续向右匀速运动，并与金属框接触良好，回路中无感应电流。则图线可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】要使回路中无感应电流，则闭合回路的磁通量不发生变化，即
设初始磁场强度为，初始杆距MN边的距离为，轨道宽度为
则
化简得
所以是一条不过原点的倾斜向上的直线
故选A。
8. 如图所示，在xOy平面中，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直平面向外，图中虚线圆周的圆心为O、半径为R，一半径也为R的四分之一圆弧形薄挡片可以沿虚线圆周放置在圆周上不同的位置。在x轴上与圆心相距为2R的P点有一粒子源，粒子源可以沿y轴正方向发射不同速率的带正电粒子，已知粒子的质量为m、电量为q。整个装置处于真空中，不计粒子重力，忽略粒子之间的相互作用。当粒子碰到薄挡片后立即被吸收，则所有能够被薄挡片吸收的粒子中，在磁场中运动的最短时间为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】粒子在磁场中做匀速圆周运动，其运动周期为
设粒子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为θ，则粒子在磁场中运动的时间
可知圆心角越小，粒子在磁场中运动的时间越短；根据题意分析，可知当粒子的运动轨迹半径也为R，且挡板在第二象限时，即粒子从挡板的C点出射，圆心角最小，此时，作出粒子的运动轨迹如图所示，
其中粒子运动轨迹的圆心为虚线圆的左端点A点，且粒子恰好经过虚线圆的圆心O点连接OC，可知AC=AO=OC=R，故三角形OAC为等边三角形，则根据几何关系可知粒子在磁场中运动的最小圆心角
则粒子在磁场中运动的最小时间为
故选B。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 科学技术在生产、生活中有广泛的应用，下列实例应用中利用电磁感应原理和规律的是（ ）
A. 图甲中扬声器把电流信号转换成声音信号
B. 图乙中磁电式电流表在通电时指针偏转
C. 图丙中运输电流表时用导线将正负极线柱连在一起
D. 图丁中动圈式话筒把声音信号转化成电流信号
【答案】CD
【解析】
【详解】A．图甲中扬声器把电流信号转换成声音信号利用了通电导体在磁场中受力运动，故A不符合题意；
B．图乙中磁电式电流表在通电时指针偏转利用了通电导体在磁场中受力运动，故B不符合题意；
C．图丙中运输电流表时用导线将正负极线柱连在一起是利用线圈在磁场中运动时产生感应电流并产生阻碍线圈运动的力，从而起到保护电流表作用，体现了电磁感应原理，故C符合题意；
D．图丁中动圈式话筒是通过线圈在永磁体磁场中随振膜振动而切割磁感线，产生感应电流，把声音信号转化成电流信号，体现了电磁感应原理，故D符合题意。
故选CD。
10. 如图所示，教室阳面的平开玻璃窗，窗扇的闭合金属边框为矩形，转轴竖直，钢窗的窗扇竖直边长为，水平边长为。当地的地磁场水平分量方向指向室内且垂直于窗框水平边，磁感应强度水平分量大小为。一学生在教室内将封闭的窗扇向外推开的过程用时为。下列说法正确的是（ ）
A. 向外推开过程中，地磁场通过窗扇的磁通量增大
B. 从室内向外看，窗扇边框中的感应电流沿逆时针方向
C. 从室内向外看，窗扇边框中的感应电流沿顺时针方向
D. 窗扇的平均感应电动势大小为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．根据
则随着θ角变大，通过窗扇的磁通量大小在不断减小，A错误；
BC．根据楞次定律，从室内向外看，窗扇产生逆时针方向的电流，B正确，C错误；
D．窗扇的平均感应电动势大小为
D正确。
故选BD。
11. 如图所示，半径为的虚线圆形区域内、外均分布着垂直于纸面的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小相等、方向相反，一带电粒子以速率从磁场分界圆上的点处以正对虚线圆圆心方向射入，得到图中实线所示的运动轨迹。设磁场的磁感应强度大小为，粒子的比荷（）为，从点射入至首次回到点的时间为，则下列关系式正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．几何关系可知。粒子在磁场做圆周运动的轨迹圆半径
根据
因为
联立解得
故A正确，B错误；
CD．对称性可知，粒子在磁场中完成了三个完整的圆周运动，则时间
根据
联立解得
故C正确，D错误。
故选AC。
12. 如图所示，两无限长光滑水平导轨处于竖直方向的磁场中，是磁场的分界线，右侧磁场方向竖直向上（指向纸面外），左侧磁场方向竖直向下，两侧磁场的磁感应强度大小均为，完全相同的导体棒、垂直架在两个水平导轨上。初始时，导体棒处于静止状态，现给导体棒向右的初速度，大小为。已知每个导体棒的质量均为，导轨间距为，棒始终垂直于导轨运动，与导轨接触良好。下列说法正确的是（ ）
A. 两导体棒组成的系统动量守恒
B. 稳定后两导体棒的速率均为
C. 从开始运动到刚好匀速过程中，通过导体棒的电荷量为
D. 从开始运动到刚好匀速过程中，导体棒产生的焦耳热为
【答案】BC
【解析】
【详解】A．导体棒向右的初速度切割磁感线，据右手定则可知，回路电流为顺时针方向，根据左手定则可知，导体棒cd、ef受到的安培力均水平向左，所以导体棒cd、ef组成的系统所受外力之和不为0，系统动量不守恒，A错误；
B．由受力可知导体棒cd向右做减速运动，导体棒ef向左做加速运动，当导体棒cd的产生的电动势和导体棒ef产生的电动势大小相等时，回路中的总电流为0，两个导体棒做匀速直线运动，所以两导体棒最终的速度方向相反，对导体棒cd由动量定理有
导体棒ef由动量定理有
联立解得最终导体棒的速率均为，B正确；
C．由电流的定义式有
由ef由动量定理有
联立解得
C正确；
D．由能量守恒有
联立解得整个回路产生的焦耳热为
故导体棒产生的焦耳热为
D错误。
故选BC。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 如图所示，把一根匝数较多的柔软弹簧悬挂起来，弹簧下端和圆柱形水银槽底圆心相连。现给弹簧通入方向如图的较大恒定电流，水银槽不离开桌面。
（1）若弹簧与水银始终接触良好，通电后，弹簧相邻螺环间的距离将______（填“缩小”或“扩大”）；
（2）若弹簧的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，弹簧将______（填“水平晃动”或“上下颤动”）；
（3）若弹簧与水银始终接触良好，稳定后槽中水银的状态为：自上向下看沿______（填“逆时针”或“顺时针”）转动。
【答案】（1）缩小 （2）上下颤动
（3）顺时针
【解析】
【小问1详解】
当弹簧通入电流时，弹簧的每一匝都会产生磁场，相邻匝之间的磁场相互作用会产生吸引力。根据左手定则，同向电流的导线会相互吸引，因此弹簧的相邻螺环会相互靠近，导致螺环间的距离缩小。
【小问2详解】
当弹簧下端刚好与水银接触时，通电后弹簧会受到安培力的作用。由上述分析可知，弹簧将缩短，之后弹簧离开水面，导线之间安培力消失，弹簧再变长，如此往复，导致弹簧上下颤动。
【小问3详解】
根据安培定则，螺线管内部的磁场竖直向上，水银中的电流从圆心向外流动，根据左手定则，水银受到安培力的方向为顺时针，故稳定后槽中水银的状态为：自上向下看沿顺时针转动。
14. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，
（1）按图甲连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转，此实验操作的目的是______。
A. 测量灵敏电流表能够承受电流的最大值
B. 检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系
C. 检查灵敏电流表测量电流的大小是否准确
（2）用图乙所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线表示导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，观察到电流表指针______（填“向左”或“向右”）偏转，则螺线管中感应电流产生的磁场方向______（填“向上”或“向下”）。
（3）实验得出感应电流总是具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍____________________。
【答案】（1）B （2） ①. 向左 ②. 向上
（3）引起感应电流的磁通量的变化
【解析】
【小问1详解】
这样操作是为了检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系，以此来确定产生的感应电流的方向，故A、C错误，B正确。
故选B。
【小问2详解】
[1][2]图甲中闭合开关后，电流计指针向右偏转，说明电流从“”接线柱流入电流表时，电流计指针向右偏转；图乙中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，螺线管中的原磁场方向向下，且螺旋管中的磁通量不断增大，根据楞次定律可知，螺线管中感应电流产生的磁场方向应向上，根据右手螺旋定则可知，感应电流从“”接线柱流入电流表，故电流表指针向左偏转。
【小问3详解】
实验得出感应电流总是具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
15. 电动汽车刹车时利用储能装置储蓄能量，其原理如图所示，矩形金属框部分处于匀强磁场中，磁场方向垂直金属框平面向里，磁感应强度大小为B，金属框的电阻为r，ab边长为L。刹车过程中ab边垂直切割磁感线，某时刻ab边产生的动生电动势大小为E，金属框中的电流为I。求此时刻：
（1）ab边相对磁场运动的速度大小v；
（2）储能装置两端的电压U和金属框的输出电功率P。
【答案】（1）
（2），
【解析】
【小问1详解】
ab边产生的动生电动势大小为E，则有
解得
【小问2详解】
根据闭合电路欧姆定律有
金属框的输出电功率
16. 电流天平可用来测量物体的质量。如图所示，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，磁感应强度的大小为B，方向与线圈平面垂直向里。当线圈中通入大小为的电流时，天平两臂达到平衡；在左盘中放入被秤重物体时，调整电流方向和大小，当电流反向、大小为I时才能使两臂再达到新的平衡。已知重力加速度为g。
（1）线圈中通入电流时，线圈中电流的方向是顺时针还是逆时针？
（2）求被秤重物体的质量m。
【答案】（1）逆时针 （2）
【解析】
【小问1详解】
线圈中通入电流时，线圈在磁场中的水平边受到的安培力与重力平衡，方向为竖直向上，根据左手定则可知线圈中电流方向为逆时针。
【小问2详解】
设线圈质量为，通入电流时根据平衡条件有
当电流反向、大小为I时左盘中放入质量为的物体重新平衡时，根据平衡条件有
解得被秤物体的质量为
17. 在科学研究中，常通过施加适当的磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示，在−3d≤x≤d、−d≤y≤2d的区域中，存在沿y轴负方向的匀强电场，电场的周围分布着垂直纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电量为q的带正电粒子从P（0，2d）点以速度v沿y轴正方向射入磁场，从Q（−2d，2d）点第一次离开磁场进入电场，到达M点时速度增大为2v再回到磁场。不计粒子重力，近似取π=3。求：
（1）磁场的磁感应强度B的大小；
（2）电场中Q、M间的电势差U；
（3）粒子从P点开始到第二次进入电场前的运动时间。
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
如图所示，带电粒子在磁场中运动的半径为
又由粒子在磁场中运动
解得
【小问2详解】
带电粒子在磁场中运动由动能定理可得
解得
【小问3详解】
粒子第一次在磁场中运动的周期
故其运动时间为
在磁场中运动时，根据牛顿第二定律
根据运动学公式
联立解得
带电粒子第2次进入磁场后
得
即磁场第二次在磁场中运动圆心在y轴上的N点，右图粒子在第二次进入磁场的点为R，有几何关系可知粒子转过的圆心角为
故其第二次在磁场中运动时间
故总的时间为
18. 如图所示，足够长的平行金属导轨固定在水平面内，间距L=0.5m，电阻不计。与导轨左端连接的线圈面积S=0.1m2，内阻r=0.5Ω，匝数n=400匝。一根长L=0.5m，质量m=0.1kg、电阻R=2Ω的导体棒ab垂直放置在导轨上，与导轨间的动摩擦因数μ=0.4。线圈内的磁场平行于轴线向上，磁感应强度B1以的变化率随时间增大；导轨之间的匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度的大小B2=1T。t=0时刻闭合开关，当t=9.0s时导体棒已达到最大速度，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）刚合上开关时，导体棒的加速度大小a；
（2）导体棒运动速度最大值vm；
（3）0～9.0s内导体棒的位移大小x。
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
由法拉第电磁感应定律得感生电动势
刚合上开关时，电路中的电流为
对导体棒有
解得
【小问2详解】
导体棒运动速度最大时受力平衡，有
解得
设最大速度为，则
解得
【小问3详解】
对导体棒分析，由动量定理
解得